Đồ an tot nghiep robot tu hanh tranh vat can

Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử
TRƯỜNG ĐHKTCN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Quyên
K145520114043

Ngành học: Kỹ thuật Cơ điện tử

Lớp: K50 CDT.01

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Thu Thủy
ThS. Nguyễn Hữu Chinh
1. Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và điều khiển robot tự hành tránh vật cản
2. Thông số kỹ thuật yêu cầu:
-

Robot vận hành linh hoạt có khả năng tự tránh vật cản.

-

Hệ thống vận hành đơn giản, dễ triển khai.

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :
-

Tổng quan.

-

Tổng hợp cấu trúc hệ thống

-

Thiết kế và lựa chọn cơ cấu chấp hành

-

Tích hợp trang bị điện, điện tử

4. Kết quả đạt được:
-

Bản vẽ thiết kế

-

Bản thuyết minh

-

Sản phẩm thực

5. Ngày giao nhiệm vụ.............................................................................................................................
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ................................................................................................

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
LỜI CẢM ƠN
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
1.1 Tổng quan về Robot tự hành tránh vật cản
1.1.1 Tình hình phát triển
1.1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế
1.1.3 Ưu, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản
1.1.4 Ứng dụng của robot tự hành.
1.2 Thông số kỹ thuật cần đạt được
1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng
1.4 Kết luận
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí và lựa chọn các bộ truyền cơ khí
2.1.1 Tính toán động cơ
2.1.2 Mô hình đơn giản của xe tự hành
2.1.3 Tính chọn công suất động cơ
2.1.4 Chọn các thiết bị đi kèm
2.2 Thiết kế các chi tiết cơ khí
2.3 Kết Luận
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
3.1. Chọn phương án thiết kế
3.2. Lựa chọn linh kiện
3.3 Sơ đồ nguyên lý
3.4 Kết luận
CHƯƠNG 4 THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM
4.1 Thi công sản phẩm
4.2 Sản phẩm hoàn chỉnh
ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM21
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật khách hàng đưa ra.
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật đặt ra.
Bảng 2.1 Tổng hợp nguyên vật liệu cơ khí
Bảng 3.1 Tổng hợp nguyên vật liệu điện, điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Robot tự hành trong nhà máy
Hình 1.2 Robot tự hành trong siêu thị
Hình 1.3 Robot tự hành Gita tự chạy theo chủ nhân
Hình 1.4 Robot mang theo các thiết bị trong lĩnh vực khoa học vũ trụ
Hình 1.5 Hình ảnh minh họa robot đưa thức ăn
Hình 2.1 Mô hình xe tự hành
Hình 2.2 Động cơ RC Servo

Hình 2.3 Bánh xe
Hình 2.4 Tấm thân xe
Hình 3.1 Sơ đồ khối
Hình 3.2 Hình ảnh về mạch vi xử lý Arduino uno R3
Hình 3.3 Cảm biến siêu âm SRF05
Hình 3.4 Mạch cầu L293N
Hình 3.5 Pin 9v
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý
Hình 4.1 Hình ảnh tổng hợp các chi tiết linh kiện
Hình 4.2 Hình sản phẩm hoàn chỉnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

LƠI CAM ƠN
Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong Khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ
thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập tại
trường. Với vốn kiến thức quý báu được tiếp thu, chúng em đã có nền tảng vững chắc để thực hiện tốt đồ
án.Và đặc biệt xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầyPhạm Thành Long đã tận tình hướng dẫn, đồng thời
động viên trong thời gian tôi nghiên cứu và hoàn thành đồ án này.
Trong thời gian thực hiện đồ án, mặc dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án sẽ không tránh
khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy tận tình chỉ bảo và góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, chúng em xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe, luôn thànhcông trong sự
nghiệp cao quý của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

1


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
1.1 Tổng quan về Robot tự hành tránh vật cản
1.1.1 Tình hình phát triển
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công
nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và liên tục
làm năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc trong các môi trường độc
hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các linh kiện điện tử tạo ra điện
thoại, máy tính…một công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác cao. Tuy nhiên những robot
này có một hạn chế chung đó là hạn chế về không gian làm việc. Không gian làm việc của
chúng bị giới hạn bởi số bậc tự do tay máy và vị trí gắn chúng. Ngược lại, các Robot tự
hành lại có khả năng hoạt động một cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
Robot tự hành tránh vật cản có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không
cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi
trường xung quanh. Robot tự hành tránh vật cản ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các
ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống của con
người. Với sự phát triển của ngành Robot học, robot tự hành tránh vật cản ngày càng có
khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng
có nhiều loại khác nhau như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại
dương, robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế,
robot tự hành tránh vật cản tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.
Vấn đề của robot tự hành tránh vật cản là làm thế nào để robot tự hành tránh vật
cản có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu
tiên là di chuyển, Robot tự hành tránh vật cản nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di
chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế

tạo Robot tự hành tránh vật cản. Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật
cản có 2 hướng nghiên cứu khác nhau:
- Hướng thứ nhất là nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật cản có khả năng điều hướng ở
tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại robot có khả năng hoạt động ở
mối trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại robot này yêu cầu khả năng
tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển
robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp.
- Hướng thứ hai: nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành tránh vật cản chỉ
dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại robot tự hành tránh vật cản này có
kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

2


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh vật cản được chia làm 2 loại: bài toán
toàn cục (global) và bài toán cục bộ (local). Ở bài toàn cục, môi trường làm việc của robot
hoàn toàn xác định, đường đi và vật cản là hoàn toàn biết trước. Ở bài toán cục bộ, môi
trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết một phần. Các cảm biến và
thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản, vị trí của nó trong môi trường giúp
nó đi tới được mục tiêu.
Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho Robot tự hành tránh vật cản thường không
giống như các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho Robot tránh vật cản , quyết định
theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thông qua các cảm biến,
hoặc ở môi trường trong phòng hoặc ngoài trời, đây là điểm khác biệt lớn nhất so với kỹ
thuật lập kế hoạch ngoại tuyến. Robot tự hành tránh vật cản phải có khả năng tự quyết
định về phương thức điều hướng, định hướng chuyển động để có thể tới đích thực hiện

nhiệm vụ nhất định.
Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản là công việc đòi hỏi phải thực hiện
được một số khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví dụ như
hoạt động đi tới vị trí cho trước; khả năng phản ứng các sự kiện theo thời gian thực, ví dụ
như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng, sử dụng và duy trì bản
đồ môi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot trong bản đồ đó; khả năng
thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình huống không mong muốn và khả năng
thích nghi với các thay đổi của môi trường hoạt động
1.1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế
Trong các nhà xưởng, người công nhân bị gò bó bởi năng suất lao động, vì vậy
robot tự hành tránh vật cản là một giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà kho đến
tay người công nhân, giúp giảm nhân công, tăng năng suất. Tùy theo loại nguyên liệu có
đặc thù, khối lượng, kích thước khác nhau mà khi thiết kế người ta căn cứ vào đó và đưa
ra các yêu cầu về :
-

Kích thước

-

Khối lượng

-

Công suất

-

Tốc độ di chuyển

Trong đồ án này chúng em chủ yếu tập trung nghiên cứu và thiết kế modul chuyển
động và điều khiển robot chở nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất, cùng với kích thước
và các thông số đều nhỏ hơn thực tế.
Kết quả của nhóm là một robot tự động có khả năng di chuyển tự do trong môi
trường có vật cản.
Đề tài thiết kế và chế tạo robot tự hành tránh vật cản chủ yếu giúp cho sinh viên
làm quen với việc sử dụng vi điều khiển, kĩ năng lập trình, phương pháp tự thập dữ liệu từ
các cảm biến sensor, điều khiển động cơ, hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống và các
mạch phụ trợ khác.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

3


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

1.1.3 Ưu, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản
 Ưu điểm
-

Không gây ô nhiễm, sử dụng bình điện, và có thể sạc

-

Sử dụng không gian hiệu quả, đa năng trong các nhà máy xí nghiệp.

-

Giá thành không quá đắt.

 Nhược điểm
-

Không thể leo bậc thang có chiều cao quá 1/2 bán kính bánh xe.

-

Thiếu tính linh hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.
1.1.4 Ứng dụng của robot tự hành.

-

Robot có thể làm việc trong môi trường độc hại

-

Ứng dụng của robot tự hành trong các nhà máy.

Hình 1.1 Robot tự hành trong nhà máy

-

Ứng dụng của robot tự hành trong các siêu thị.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

4


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 1.2 Robot tự hành trong siêu thị

-

Ứng dụng của robot tự hành trong lĩnh vực cuộc sống.

Hình 1.3 Robot tự hành Gita tự chạy theo chủ nhân

-

Ứng dụng của robot tự hành trong lĩnh vực khoa học vũ trụ

Hình 1.4 Robot mang theo các thiết bị trong lĩnh vực khoa học vũ trụ

-

Robot được di chuyển theo các theo vạch mầu đã được thiết kế sẵn dưới nền nhà xưởng
đển các vị trí yêu cầu thực hiện các thao tác tiếp theo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

5


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 1.5 Hình ảnh minh họa robot đưa thức ăn

1.2 Thông số kỹ thuật cần đạt được
 Yêu cầu kỹ thuật của khách hàng:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật khách hàng đưa ra.

ST
Nội dung yêu cầu của khách hàng
Ghi chú
T
1
Tải trọng
15kg
2
Tốc độ nhỏ nhất của xe
0 m/s
3
Tốc độ lớn nhất của xe
0,5 m/s
 Yêu cầu kỹ thuật chung tự đặt ra để giải quyết các yêu cầu khách hàng đưa ra.
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật đặt ra.

ST
T
1

2
3
4

Nội dung đặt ra
Xác định tải trọng chính xác của xe khi có các thiết bị đi
kèm: Hình dạng xe cần thiết kế.

Ghi chú
>2kg

Đưa ra công suất cho động cơ
Thời lượng pin cho sản phẩm
Vật liệu sử dụng làm khung

1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

6


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Cấu trúc robot tự hành tránh vật cản:
Cấu trúc của xe gồm:
 Hai bánh xe trước được nối với hai motor truyền động cho xe.
 Một bánh xe dẫn hướng.
 Bo mạch chủ dùng arduino để tiếp nhận tín hiệu từ sensor và phát lệnh.
 Hệ thống tránh vật dùng 2 cảm biến siêu âm.
Yêu cầu:
 Hệ thống gồm 2 khối nguồn 9v và 12v được cung cấp ổn định để có thế hoạt động trong
một khoảng thời gian cho phép tối đa là 2h đồng hồ. Khi phải thay nguồn mới hoặc nạp
năng lượng cho robot phải được thay thế nhanh chóng và dễ dàng.
 Sử dụng động cơ DC giảm tốc 12v.
 Bộ điều khiển được gắn trực tiếp trên xe.
1.4 Kết luận
Từ sơ đồ kết nối và các thông số dự kiến ta đi xây dựng giải thuật điều khiển và
thiết kế từng module theo kết cấu đã hoạch định.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

7


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí và lựa chọn các bộ truyền cơ khí
2.1.1 Tính toán động cơ
 Bài toán
Thiết kế 1 xe tự hành tránh vật cản.
Xe gồm có 4 bánh trong đó có 2 bánh dẫn hướng và 2 bánh đẩy, động cơ được nối
với bánh đẩy thông qua bộ truyền bánh răng có N=50. Tổng khối lượng của xe bao gồm
m  10kg
cả động cơ, bánh xe là 1
; đường kính bánh xe là d1  100mm , đường kính trục
m  15kg .
bánh xe d 2  8mm ; xe mang theo 1 tải có khối lượng 2
1. Mô hình hóa về dạng sơ đồ đơn giản ?

k  0.0015 , hệ số ma sát của
2. Tính công suất động cơ? biết hệ số ma sát trục 1
k  0.012 , xe có thể tăng tốc từ 0 => 0.5(m/s) trong 2(s), hệ số an toàn
bánh xe với nền 2
SF=1.5, hiệu suất EF=0.8
2.1.2 Mô hình đơn giản của xe tự hành

Hình 2.1 Mô hình xe tự hành

2.1.3 Tính chọn công suất động cơ
Momen do ma sát với ổ gây ra:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

8


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

�m1  m2 � d 2
t
M ms
.g .
1  8.k1. �
�
� 8 � 2
10  15 �
8 �10 3
�
t
M ms

8
�
0.0015
�
�
9.81

�
 1.4715 �10 3  N .m 
1
�
�
8
2
�
�
Momen do ma sát với ổ quy về trục động cơ:
dc
M ms
1 

t
M ms
1.4715 �103
1

 2.943 �10 5  N .m 
N
50

Momen do ma sát với nền gây ra:
�m1  m2 � d1
t
M ms
.g .
2  4.k 2 . �
�

� 4 � 2
M

t
ms 2

10  15 �
100 �103
�
 4 �0.012 ��
�9.81�
 0.147  N .m 
�
2
� 4 �

Momen do ma sát với nền quy về trục động cơ:
dc
M ms
2 

t
M ms
0.147
2

 2.94 �103  N .m 
N
50

Momen quán tính tải:
2

1
�d �
J t  .  m1  m2  . � 1 �
2
�2 �
2

�
1
100 �103 �
2
J t  � 10  15 ��
� 0.03125(kg.m )
2
� 2
�

Momen quán tính tải quy về trục động cơ:
J dc 

J t 0.03125

 1.25 �105  kg .m 2 
N2
50 2

Momen duy trì roto:

Chọn :

J roto  J dc  1.25 �105  kg .m 2 

Momen cần để tăng tốc:
M qt   J dc  J roto  .
w t 

Với

w dc
t

vmax
0.5

 10(rad / s )
rb / xe (100 �103 )
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

9


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

� w dc  w t .N  10 �50  500(rad / s)
Vậy:

M qt   1.25 �105  1.25 �105  .

500
 6.25 �103 ( N .m)
2

Tổng momen trên trục động cơ:
M  M ms1  M ms 2  M qt

M  2.943 �105  2.94 �103  6.25 �103  9.22 �103  N .m 

Vậy công suất cần thiết của xe là:
P  M .w dc .SF .

1
EF

1
P  9.22 �103 �500 �1.5 �  8.64  W 
0.8

Do xe có 2 động cơ gắn vào 2 bánh đẩy, nên công suất của động cơ trên mỗi bánh là:
P1banh 

8.64
 4.32  W 
2

Chọn động cơ có công suất cho mỗi bánh là: P>5(W)
 Chọn động cơ:

Hình 2.2 Động cơ RC servo

Động cơ RC servo là loại động cơ nhỏ, có thể khiển chính xác góc quay bằng phương
pháp điều rộng xung PWM (chân có dấu ~). Tuy nhiên, nó chỉ có thể quay được góc từ 0180 độ.
2.1.4 Chọn các thiết bị đi kèm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

10


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

 Chọn bánh xe
Đây là loại bánh xe chuyên dụng cho những ứng dụng như xe điều khiển, robot xe,
robot leo núi hoặc các robot di động. Nó được chế tạo từ vật liệu chất lượng nên đảm bảo
độ bền cao. Dễ lắp ráp phần cơ khí và có thể chịu được trọng lượng lớn. Lốp chất lượng
cao mềm được làm bằng cao su tốt, không bị trượt nên đạt hiệu quả cao.
- Đường kính bánh xe: 95mm.
- Cỡ trục: 6mm.
- Bề rộng: 14mm.
- Chất liệu: Viền cao su ma sát tốt .
- Khối lượng tải : 5kg.

.
Hình 2.3 Bánh xe

2.2 Thiết kế các chi tiết cơ khí
Vật liệu làm xe là nhựa mika dày 5mm.
Các chi tiết chính:
-

Tấm thân xe

Hình 2.4 Tấm thân xe
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

11


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử
 Thiết kế sơ bộ phần cơ khí gồm: Thân xe, 4 bánh chính, 4 động cơ.
Bảng 2.1 Tổng hợp nguyên vật liệu cơ khí

STT

Tên chi tiết

1

Động cơ RC
servo

2

Ký hiệu

Thông số

Số
lượng

Mua /
Chế tạo

- Điện áp hoạt
động: 4.8-5VDC
-Tốc độ: 0.12 sec/
60 degrees
(4.8VDC)
-Lực kéo:
1.6KG.CM
-Kích thước:
21x12x22mm
-Trọng lượng: 9g.

1

Mua

Bánh xe

- Đường kính bánh
xe: 95mm.
- Cỡ trục: 6mm.
- Bề rộng: 14mm.
- Chất liệu: Viền
cao su ma sát tốt .
- Khối lượng tải :
5kg.

4

Mua

4

Tấm thân xe

- Đường kính:
300mm
- Chất liệu: Mika
5mm

2

Chế tạo

5

Bu lông

Mua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

12


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

6

Đai ốc

Mua

2.3 Kết Luận
Các chi tiết và cơ cấu cơ khí được thiết kế theo đúng hình dạng và kích thước, phù
hợp với yêu cầu kỹ thuật.
Sau khi hoàn thành phần thiết kế cơ khí ta chuyển sang thiết kế hệ thống điện, điện
tử.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

13


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
3.1. Chọn phương án thiết kế
Bo mạch chủ dùng arduino để tiếp nhận tín hiệu từ sensor và phát lệnh điều khiển
hoạt động của xe.

Hình 3.1 Sơ đồ khối
 Chức năng của từng khối:
 Cảm biến (sensor) cảm nhận những đại lượng điện và không điện, chuyển đổi
chúng trở thành những tín hiệu điện Phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu.
 Bộ xử lý ( processer) nhận tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý chuyển đổi tín hiệu

đưa đến modul kích chuyển động.
3.2. Lựa chọn linh kiện
 Mạch arduino uno R3
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn
mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

14


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử
Hình 3.2 Hình ảnh về mạch vi xử lý Arduino uno R3

Thông số kỹ thuật:
Microcontroller(Chip sử dụng) : ATmega328
Operating Voltage: 5V
Input Voltage (recommended): 7-12V
Input Voltage (limits): 6-20V
Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins: 6
DC Current per I/O Pin: 40 mA
DC Current for 3.3V Pin : 50 mA
Flash Memory: 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM: 2 KB (ATmega328)
EEPROM: 1 KB (ATmega328)
Clock Speed: 16 MHzXung nhịp: 16MHz

 Module Cảm Biến Siêu Âm SRF05
- 5 chân: VCC / Trige / Echo / OUT / GND
- Điện áp hoạt động : +5V DC
- Khoảng cách: 2cm - 450cm
- Không nên đo dưới khoảng cách 0,3 cm

Hình 3.3 Cảm biến siêu âm SRF05

 Mạch cầu H
- Nhiệm vụ: Điều khiển tốc độ quay, hướng quay của 2 động cơ.
-Thông số kỹ thuật:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

15


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Arduino Motor Shield L293D là một phần board mở rộng cho các board arduino, dùng để
điều khiển các loại động cơ DC, động cơ bước và động cơ servo. Arduino Motor
Shield được thiết kế gọn gàng, đẹp mắt và tương thích hoàn toàn với các board Arduino:
arduino uno r3, arduino leonardo, arduino mega2560, giúp bạn có thể sử dụng và điều
khiển một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Arduino Motor Shield sử dụng 2 IC cầu H L293D hoàn chỉnh với các chế độ bảo vệ và 1
IC logic 74HC595 để điều khiển các động cơ.
Arduino Motor Shield L293D có thể điều khiển nhiều loại motor khác nhau như step
motor, servo motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA cho mỗi kênh
điều khiển.

Hình 3.4 Mạch cầu L293D

 L293D gồm các chân:
Chân điều khiển 2 RC servo được kết nối với chân số 9 và 10. Nguồn cung cấp được lấy
trực tiếp từ board Arduino.






Motor 1 nối với chân 11
Motor 2 nối với chân 3
Motor 3 nối với chân 5
Motor 4 nối với chân 6
Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor thông qua IC 74HC595

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

16


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Ngoài ra để tiện cho việc sử dụng nguồn cắm ngoài, trên Arduino Motor Shield sử dụng 1
jumper PWR mục đích để lấy nguồn ngoài thông qua jack DC của board arduino để cung
cấp nguồn cho motor hoạt động. Nếu trong trường hợp chúng ta không sử dụng jumper
này thỉ phải cấp 1 nguồn riêng vào chân EXT_PWR để cấp nguồn cho motor hoạt động.
 Nguồn 9v

Hình 3.5 Pin 9v
Bảng 3.1 Tổng hợp nguyên vật liệu điện, điện tử.

STT

Tên linh
kiện

Ký hiệu

Thông số

Số
lượng

Mua /
Chế
tạo

1

Arduino

Arduino uno R3

1

Mua

2

Module
Cảm Biến
Siêu Âm

SRF05

1

Mua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

17


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

3

Sensor

MH-Sensor

3

Mua

4

Modul
LM2596

LM2596

3

Mua

Pin 3.7v

2

Mua

5

6
3.3 Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.6 Sơ đồ
nguyên lý

3.4 Kết luận
Các modul
đúng thiết kế, hoạt

hoàn thành theo
động ổn định

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

18


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

theo các thông số đề ra. Sau khi hoàn thành phần cơ khí và điện, điện tử, ta tiến hành thi
công lắp ráp sản phẩm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

19


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 4
THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM
4.1 Thi công sản phẩm

Hình 4.1 Hình ảnh tổng hợp các chi tiết linh kiện
4.2 Sản phẩm hoàn chỉnh

Hình 4.2 Sản phẩm hoàn chỉnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

20